第3代移動通信—TDD與FDD

　　1、第三代移動通信是中國移動通信發(fā)展的必然趨勢

　　我國移動通信運營業(yè)自引入以來，以年均增長80%-150%的速度超乎尋常地發(fā)展，目前移動用戶數(shù)已超過8500萬，GSM用戶仍以每月近200萬用戶的速度高速增長。隨著運營者間的激烈競爭，手機入網(wǎng)費和各種資費將不斷下調(diào)，GSM移動用戶數(shù)還將大幅增加。雖然中國的移動通信發(fā)展非常快，但移動電話人口普及率只有6.7%，北歐一些國家已超過70%，相比之下，我國GSM移動通信的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?/p>

　　GSM網(wǎng)繼續(xù)高速發(fā)展，面臨的第一個問題是頻率資源，它是制約我國移動通信高速發(fā)展的重要因素之一。在我國許多城市，900MHz的頻率資源十分緊張，已采用900M/1800M雙頻組網(wǎng)的方式解決頻率資源不足問題，但1800MHz頻率的穿透力比800MHz GSM基站同址建設(shè)，建設(shè)成本將增加。隨著用戶對高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長，單一用戶所占頻帶寬度將增加。中國加入WTO后，將增加新的電信服務(wù)運營者，要把有限的頻率資源分配給更多的運營者，這將進(jìn)一步加劇我國移動通信頻率資源緊張的矛盾。

　　GSM網(wǎng)高速發(fā)展面臨的另一個問題是無法滿足高速增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。隨著因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，用戶對隨時、隨地接入因特網(wǎng)的需求日益增加。日本NTT DoCoMo公司I-mode業(yè)務(wù)向世人展示了移動上網(wǎng)的巨大魅力，該業(yè)務(wù)開展僅兩年，就已擁有2000多萬用戶。目前，通過移動網(wǎng)絡(luò)獲取信息已成趨勢，而GSM網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)傳輸速率只有9.6kb/s，難以提供新業(yè)務(wù)，提高GSM網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率已成為急待解決的問題。在GSM網(wǎng)上實現(xiàn)GPRS功能，是提高GSM數(shù)據(jù)速率（提高到115kb/s）的有效方法。但是，實現(xiàn)GPRS功能是一項巨大的工程，除了要改造全網(wǎng)的基站、基站控制器外，還要新增GPRS手機及SGSN、GGSN網(wǎng)關(guān)設(shè)備。另外，GPRS仍是GSM方式，與CDMA、第三代移動通信（3G）各種制式相比，頻譜利用率較差，利用該方式開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將使頻譜資源緊缺的問題更加嚴(yán)重。GPRS只是過渡方案。

　　因此，引入高效的第三代移動通信系統(tǒng)（3G），已成為世界移動通信領(lǐng)域的熱點話題。

　　2、第三代移動通信系統(tǒng)特點

　　為了統(tǒng)一全球移動通信標(biāo)準(zhǔn)和頻段，達(dá)到3G全球漫游的目的，提高移動通信的頻譜利用率和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率，滿足多媒體業(yè)務(wù)需求，國際電聯(lián)ITU-R提出了第三代移動通信的基本要求：（1）數(shù)據(jù)速率可從幾kb/s到2Mb/s；（2）高速移動時最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)144kb/s，慢速移動時最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)384kb/s，靜止時最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)2Mb/s。

　　第三代移動通信系統(tǒng)具有如下特點：（1）具備支持從話音到多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持Internet業(yè)務(wù)；（2）全球無縫覆蓋；（3）高頻譜利用率；（4）高服務(wù)質(zhì)量；（5）高保密性；（6）低成本。

　　3、第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)成

　　第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)分為核心網(wǎng)和空中接口兩大部分。

　　3.1 核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　第三代移動通信的核心網(wǎng)主要有基于MAP演進(jìn)的核心網(wǎng)和基于IS-41演進(jìn)的核心網(wǎng)兩種。

　　3.2 空中接口標(biāo)準(zhǔn)

　　2000年5月5日，在土耳其舉行的ITU-R全會上，通過了包括中國提案在內(nèi)的五種無線傳輸技術(shù)的規(guī)范，其中三種基于CDMA技術(shù)，兩種基于TDMA技術(shù)。

　　（1）基于CDMA的技術(shù)規(guī)范

　　IMT-2000 CDMA DS（WCDMA、cdma2000 DS） IMT-2000 CDMA TDD（TD-SCDMA、TD-CDMA）

　　（2）基于TDMA技術(shù)的技術(shù)規(guī)范

　　IMT-2000 CDMA SC（uwc 136） IMT-2000 TDMA MC（DECT）

　　由于TDMA技術(shù)不是第三代移動通信的主流技術(shù)，所以TDMA SC和TDMA MC只作為區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)，用于IS-136和DECT系統(tǒng)的升級。

　　基于CDMA技術(shù)的三種RTT技術(shù)規(guī)范是第三代移動通信的主流技術(shù)，也稱為一個家庭，三個成員。CDMA DS和CDMA MC是頻分雙工模式（FDD），CDMA TDD是時分雙工模式（TDD），ITU-R為3G的FDD模式和TDD模式劃分了獨立的頻段，在將來的組網(wǎng)上，TDD模式和FDD模式將共存于3G網(wǎng)絡(luò)。

　　4、FDD模式和TDD模式的特點

　　4.1 FDD模式

　　FDD模式的特點是在分離（上下行頻率間隔190MHz）的兩個對稱頻率信道上，系統(tǒng)進(jìn)行接收和傳送，用保證頻段來分離接收和傳送信道。

　　采用包交換等技術(shù)，可突破二代發(fā)展的瓶頸，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并可提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)容量。但FDD必須采用成對的頻率，即在每2x5MHz的帶寬內(nèi)提供第三代業(yè)務(wù)。該方式在支持對稱業(yè)務(wù)時，能充分利用上下行的頻譜，但在非對稱的分組交換（互聯(lián)網(wǎng)）工作時，頻譜利用率則大大降低（由于低上行負(fù)載，造成頻譜利用率降低約40%），在這點上，TDD模式有著FDD無法比擬的優(yōu)勢。

　　4.2 TDD模式

　　在TDD模式的移動通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率信道（即載波）的不同時隙，用保證時間來分離接收和傳送信道。

　　該模式在不對稱業(yè)務(wù)中有著不可比擬的靈活性，TD-SCDMA只需一個不對稱頻段的頻率分配，其每載波為1.6MHz。由于每RC內(nèi)時域上下行切換的切換點可靈活變動，所以對于對稱業(yè)務(wù)（語音和多媒體等）和不對稱業(yè)務(wù)（包交換和因特網(wǎng)等），可充分利用無線頻譜。

　　TDD系統(tǒng)有如下特點：

　　（1）不需要成對的頻率，能使用各種頻率資源，適用于不對稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于ip型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

　　（2）上下行工作于同一頻率，電波傳播的對稱特性使之便于使用智能天線等新技術(shù)，達(dá)到提高性能、降低成本的目的；

　　（3）設(shè)備成本較低，比FDD系統(tǒng)低20%-50%。

　　ITU要求TDD系統(tǒng)移動速度達(dá)到120km/h，要求FDD系統(tǒng)移動速度達(dá)到500km/h。FDD是連續(xù)控制的系統(tǒng)，TDD是時間分隔控制的系統(tǒng)。在高速移動時，多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致快衰落，速度越高，衰落變換頻率越高，衰落深度越深。在目前芯片處理速度和算法的基礎(chǔ)上，當(dāng)數(shù)據(jù)率為144kb/s時，TDD的最大移動速度可達(dá)250km/h，與FDD系統(tǒng)相比，還有一定差距。

　　4.3 FDD與TDD各有所長

　　TDD與FDD兩種模式各具相互無法替代的優(yōu)點，F(xiàn)DD適用于大區(qū)制的國際間和國家范圍內(nèi)的覆蓋及對稱業(yè)務(wù)（如話音、交互式實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等）。TDD適用于高密度用戶地區(qū)（城市及近郊區(qū)）的局部覆蓋和對稱及不對稱的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如話音、實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)方式的業(yè)務(wù)）。與FDD相比，TDD可大幅度節(jié)省頻率資源，提供成本低廉的設(shè)備。

　　基于各標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的出發(fā)點及其技術(shù)特點，得出以下結(jié)論：在未來的3G網(wǎng)絡(luò)中，將依靠衛(wèi)星通信實現(xiàn)全球覆蓋，依靠FDD模式實現(xiàn)全國范圍內(nèi)或國際間的通信，而在廣大的城鎮(zhèn)、郊區(qū)等人口密集地區(qū)，CDMA TDD將發(fā)揮巨大作用。與此同時，為了實現(xiàn)全球漫游，必須為用戶提供多模、多頻的用戶終端設(shè)備。

　　5、TD-SCDMA的主要技術(shù)特點

　　TD-SCDMA是中國提出的第三代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品已進(jìn)入性能樣機開發(fā)后期，計劃于2001年一季度末、二季度初進(jìn)行現(xiàn)場試驗，2002年底至2003年初提供正式商用設(shè)備。

　　TD-SCDMA具有以下主要技術(shù)特點：（1）采用智能天線技術(shù)；（2）采用上行同步方式；（3）采用接力切換方式；（4）采用低碼片速率。

　　TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天線的第三代移動通信系統(tǒng)。由于采用TDD模式，上下行鏈路使用同一頻率，同一時刻上下行鏈路的空間物理特性完全相同，所以只要根據(jù)上行數(shù)據(jù)在基站端進(jìn)行空間參數(shù)的估值，再根據(jù)估值下行鏈路的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字賦形，就可達(dá)到自適應(yīng)波束賦形的目的，充分發(fā)揮智能天線的作用。 在CDMA系統(tǒng)中，多個用戶的信號的時域和頻域上是混疊的，接收時需要將各個用戶的信號分離。理想情況下，利用擴(kuò)頻碼的正交特性可保證無偏差地解調(diào)用戶數(shù)據(jù)。而在實際系統(tǒng)中，由于同步不準(zhǔn)確及空間信道的多徑特性等造成的影響，導(dǎo)致各用戶信號之間無法維持理想的正交特性。這時對某一特定用戶而言，所有工作在同頻段的其他用戶信號都是干擾信號，隨著用戶數(shù)增加，干擾逐漸增大，當(dāng)系統(tǒng)用戶數(shù)增加到一定數(shù)量時，干擾會使系統(tǒng)無法將有用信號提取出來，因此，CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，提高系統(tǒng)容量非常重要。

　　由于采用智能天線和上行同步技術(shù)，只有來自主瓣方向和較大副瓣方向的多徑干擾才會影響有用信號，極大地降低了多址干擾，有效提高了系統(tǒng)容量，從而提高了頻譜利用率。采用智能天線，可有效提高天線增益。智能天線采用多個小功率的線性功率放大器代替單一的大功率線性放大器，其價格遠(yuǎn)低于單一大功率線性放大器，因此采用智能天線可大大降低基站的成本。在智能天線系統(tǒng)中，有8臺收發(fā)信機共同工作，任何一臺收發(fā)信機損壞都不會影響系統(tǒng)的基本工作特性，提高了設(shè)備的冗余度。采用智能天線，可大致定位用戶的方位和距離，基站和基站控制器可采用接力切換方式，根據(jù)用戶的方位和距離信息，判斷用戶是否移動到應(yīng)切換給另一基站的臨近區(qū)域，如果進(jìn)入切換區(qū)，便由基站控制器通知另一基站做好切換準(zhǔn)備，達(dá)到接力切換目的。接力切換可提高切換成功率，減少切換時對鄰近基站信道資源的占用時間。

　　TD-SCDMA系統(tǒng)采用1.28Mb/s的碼片速率，只需占用單一的1.6MHz頻帶寬度，就可傳送2Mb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而對于其它3G FDD方案而言，要傳送2Mb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，均需要2x5MHz帶寬，即需兩個對稱的5MHz帶寬，作為上下行頻段，且上下行頻段間需要有190MHz頻率間隔作保護(hù)。目前頻譜資源十分緊張，要找到符合要求的對稱頻段非常困難。TD-SCDMA系統(tǒng)可以“見縫插針”，只要有滿足一個載波的頻段（1.6MHz）就可使用，可以靈活有效地利用現(xiàn)有的頻率資源。

　　TD-SCDMA是TDD工作模式，上下行數(shù)據(jù)的傳輸由控制上下行的發(fā)送時間決定，發(fā)送時段內(nèi)不接收，接收時段內(nèi)不發(fā)送，而且可以靈活控制和改變發(fā)送和接收的時段長短比例。對于因特網(wǎng)等非對稱業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，下行數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于上行數(shù)據(jù)量，這時可增加下行的時段時間，縮短上行的時段時間，達(dá)到高效率傳送非對稱業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的目的。

　　根據(jù)上述特點，TD-SCDMA系統(tǒng)適用于大中城市及城鄉(xiāng)結(jié)合部，這些地區(qū)人口密度高，頻率資源緊張，移動速率不高（200km/h以內(nèi)），但需要大量小半徑、高容量的小區(qū)覆蓋，同時這些地區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（特別是因特網(wǎng)等非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）需求較大，能充分發(fā)揮TD-SCDMA的技術(shù)優(yōu)勢。在農(nóng)村及大區(qū)全覆蓋地區(qū)，用FDD方式比合適。(電信快報)